微电子工艺2011试卷

密 封 线 以 内 答 题 无 效……电子科技大学2010-2011学年第2学期期末考试A卷课程名称：微电子工艺考试形式：开卷考试日期：20—年—月—日考试时长：120分钟课程成绩构成：平时10 %，期中0 %,实验0 %,期末90 %本试卷试题由三部分构成，共4页。1、 名词解释：摩尔定律、特征尺寸、CMP、SOI、RTA、CVD。答:Moorelaw：芯片上所集成的晶体管的数目，每隔18个月翻一番。（1分）特征尺寸：集成电路中半导体器件能够加工的最小尺寸。（1分）CMP:化学机械平坦化。（1分）SOI:绝缘体上硅。（1分）RTA快速热退火。（1分）CVD:化学气相淀积。（1分）2、 刻蚀的目的是什么？何谓无图形刻蚀，举出无图形刻蚀的工艺实例？答：刻蚀的目的：在涂胶的硅片上正确地复制掩膜图形。（1分）无图形刻蚀是指：不需要光刻版的刻蚀工艺，如：反刻和剥离工艺。（1分）工艺实例：栅极两侧的sidewall氧化层的形成（2分）；金属硅化物形成后的Ti金属的去处。（2分）3、 MOS器件和双极型器件制造过程中常使用什么晶面方向的硅片，为什么？答：MOS器件：<100>；（1分）Si/SiO2界面态密度低；（2分）双极器件：<111>；（1分）原子密度大，生长速度快，成本低。（2分） 密 封 线 以 内 答 题 无 效……4、 在集成电路制造工艺中，为什么采用轻掺杂漏（LDD）注入工艺？LDD注入工艺是如何减少结和沟道区间的电场，从而防止热载流子的产生？答：在集成电路制造工艺中，轻掺杂漏（LDD）注入工艺的目的是：减小源漏间电荷穿通的可能性，从而降低沟道漏电流。（1分）如果没有LDD形成，在晶体管正常工作时会在结和沟道区之间形成高电场，电子在从源区向漏区移动的过程中，将受此电场加速成高能电子，它碰撞产生电子空穴对，热电子从电场获得能量，造成电性能上的问题，如被栅氧化层陷阱俘获，影响器件阈值电压控制。（2分）LDD注入在沟道边缘的界面区域产生复杂的横向和纵向杂质剖面。LDD降低的杂质浓度减小了结和沟道区间的电场，把结中的最大电场位置与沟道中的最大电流路径分离，从而防止热载流子产生。（3分）5、 离子注入后为什么要退火，高温退火和快速热处理哪个更优越，为什么？答：离子注入后退火：加热注入硅片，修复晶格损伤（1分）；使杂质原子移动到晶格点，将其激活。（1分）高温退火和RTA工艺相比，RTA更优越（1分）。因为RTA可以避免长时间高温导致的杂质扩散,以及减小瞬时增强扩散。（3分）6、 列举出三种以上抑制CMOS电路中闩锁效应（Latchup）的方法？答：抑制CMOS电路中闩锁效应（Latchup）的方法有：①SOI衬底技术；（2分）②大剂量离子注入形成深埋层;（2分）③用离子注入产生倒掺杂阱；④硅片表面外延层。（2分）7、 在半导体制造技术中，高k介质和低k介质各自应用在什么地方，为什么？答：低k材料用于层间介质，因为低k介质减小电容，从而减小RC信号延迟，提高器件工作频率。（2分）高k介质用在替代栅氧化层，提高栅氧厚度，抑制栅极隧穿漏电流（2分）;还可应用于DRAM存储器，提高存储电荷（或能量）密度，简化栅介质结构。（2分）8、 阐述铜金属化面临的三大问题，如何解决这些问题？铜金属化面临的三大问题：①扩散到氧化区和有源区；（1分）②刻蚀困难（干法刻蚀难以形成挥发性物质），铜不容易形成图形；（2分）③铜在较低温度下（＜200°C）极易氧化，且不能生成保护层来阻止进一步的氧化。（1分）解决办法：①双大马士革中采用CMP，无需刻蚀铜；（1分）②钨填充用作局部互联金属和第一层金属与有源区的接触，避免铜刻蚀和铜“中毒”（1分）9、 采用提拉法（CZ法，切克劳斯基法）和区熔法制备的硅片，哪种方法质量更高，为什么？那么目前8英寸以上的硅片，经常选择哪种方式制备，为什么？答：区熔法制备的硅片质量更高，因为含氧量低。（3分）8英吋以上的硅片，选择CZ法制备，晶圆直径大。（3分）

密 封 线 以 内 答 题 无 效……10、 比较投影掩模版和1:1掩模版有何异同？说明采用什么技术形成投影掩模版上的图形？答：投影掩膜版：图形可能仅包含一个管芯，也可能是几个。容易形成亚微米图形；小曝光场，需要步进重复；光学缩小，允许较大的尺寸。（2分）光学掩膜版：包含了对于整个硅片来说确定一工艺层所需的完整管芯阵列。没有缩小系统，很难形成亚微米图形；曝光场是整个硅片；掩膜与硅片有相同的关键尺寸。（2分）投影掩膜版的制造：电子束直接写。（2分）11、 化学机械平坦化的工作机理是什么？与传统平坦化方法相比，它有哪些优点？答：化学机械平坦化（CMP）工作机理：表面材料与磨料发生反应，生成容易去除的表面层；同时表面层通过磨料中的研磨剂和研磨压力与抛光垫的相对运动而机械磨去。（3分）与传统平坦化方法相比，CMP优点：全局平坦化；平坦化不同的材料；平坦化多层材料；减小严重表面起伏；制作金属图形的方法之一；改善台阶覆盖；不使用危险气体；减薄表面材料去除表面缺陷。（3分）12、 为什么硅片热氧化结束时通常还要进行氢气或氢－氮混合气体退火？答：距Si/SiO2界面2nm以内的Si的不完全氧化是带正电的固定氧化物电荷区（3分）；对于器件的正常工作，界面处的电荷堆积是不受欢迎的；通过在氢气或氢一氮混合气中低温450°C退火，可以减少这种不可接受的电荷。（3分）、作图题（共12、作图题（共12分）1、在一块N型Si衬底上，通过离子注入方式形成一个PN结二极管，其纵向剖面如下图所示。（1） 分别画出采用负胶和正胶工艺形成这个PN结二极管时所采用的掩模板的形貌，即P区、N+区和P+区的形成。（9分）（2） 如果制作小尺寸的PN结二极管，采用负胶还是正胶，为什么？（3分）N+掩模板透光区域的表示方法掩模板不透光区域的表示方法答：（N+掩模板透光区域的表示方法掩模板不透光区域的表示方法答：（1）正胶工艺的掩模板：a.P型离子注入：c.P+离子注入:负胶工艺的掩模板：c.P+离子注入:b.N+离子注入:4.5分）a.P型离子注入：c.P+离子注入:负胶工艺的掩模板：c.P+离子注入:b.N+离子注入:4.5分）%%-■tb.N+离子注入:4.5分）% 密 封 线 以 内 答 题 无 效……(2)采用正胶(1分)。因为负胶容易被显影液泡胀变形，线宽不易控制。(2分)三、计算题(共三、计算题(共16分)1、假如从气态BF3分子中提取两种复合离子BF21+和BF]2+分别进行浅结离子注入，实现P型掺杂，当加速场的电势差为30kV,束流为20微安，注入扫描面积是20x20cm2。计算(1)离子注入的能量分别为多少？(4分)(2)当注入剂量为3x1015原子/cm2，注入时间分别是多少？(4分)解：（1）•/KE=nVBF1+：30kVx1=30keV（2分）2.BF12+：30kVx2=60keV（2分）答：BF21+和BF]2+离子注入的能量分别为：30keV和60keV。（2）JQ=It/enA.BF21+：t=QenA/I=3x1015x20x20x1.6x10-19/20x10-6=9600S （2分）.BF12+：t=QenA/I=3x1015x20x20x2x1.6x10-19/20x10-6=19200S（2分）答：当注入剂量为3x1015原子/cm2，BF21+和BF]2+离子注入时间分别是：9600S和19200S。2、为实现更小的微细加工线宽，最新的光刻技术采用浸没式光刻机以实现更高的分辨率。假定光刻机所用透镜的半径为6cm，透镜的焦长为10cm，浸没的液体为折射率1.44的水溶液，光刻机使用的光源为波长193nm的准分子激光器，k值为0.6，试求此镜头的数值孔径NA、焦深和光刻机的分辨率。(8分)解:(